Проект цеха синтеза карбомидоформальдегидных смолы, мощностью 12. тыс. тонн в год при производстве ДСП

Объем этих емкостей должен удовлетворить суточную потребность цеха в указанных химикатах. Емкости приготовления оборудуются перемешивающими устройствами.Объемы емкостей для приготовления указанных растворов равны соответствующим объемам воды использующимся для производства данных растворов в сутки (табл. 4.5). Плотность воды составляет 1000 км3:м320 л.м3= 26,8 л 30 л.Емкость для раствора гидроксида натрия:Таблица 5.9. Технические характеристики и размеры СЭнв 0,025-1-0,2-0,2 [8, c.55].ПоказательЗначениеОбъем, м30,025Остаточное давление в корпусе, кПа4Условное давление, МПа0,07Диаметр вала мешалки в зоне уплотнения, мм35Основные размеры, ммDНLSМасса кг, не более350740520560Емкость для раствора хлорида аммония:Таблица 5.10. Технические характеристики и размеры СЭнв 0,04-1-0,2-0,2 [8, c.55].ПоказательЗначениеОбъем, м30,04Остаточное давление в корпусе, кПа4Условное давление, МПа0,07Диаметр вала мешалки в зоне уплотнения, мм35Основные размеры, ммDНLSМасса кг, не более4008605905752.Объем расходных емкостей 42%-го и 20%-го растворов гидроксида натрия и хлорида аммония составляет 20 л и 30 л соответственно.3.Мерники и напорные мерники 42%-го и 20%-го растворов гидроксида натрия и хлорида аммония.Так при нормальной работе цеха в сутки необходимо:л.л.Объемы растворов гидроксида натрия и хлорида аммония слишком малы, и оборудование с указанными параметрами отсутствует в справочнике. В качестве емкостей и мерников указанных растворов можно использовать стальные или полипропиленовые емкости соответствующего объема. 5.2.3 Расчет емкостей для готового продуктаВыберем сливную емкость для каждого реактора объемом6,3 м3 (в справочнике [8] отсутствуют сливные емкости объемом 5 м3). Выберем сборник стальной эмалированный объемом СЭрив 6,3-31-02. Код ОКП данного изделия: 32 1519 9272. Технические характеристики и размеры сборника представлены в таблице 5.11. Схема сборника – на рис. 5.3.Таблица 5.11. Технические характеристики и размеры СЭрив 6,3-31-02[8, c.33].ПоказательЗначениеОбъем, м36,3Остаточное давление в корпусе, кПа4Условное давлениев корпусеи в рубашке, МПа0,6Площадь поверхности теплообмена, м213,8Основные размеры, ммDD1D2D3НН1Н2Н3Н4Н5LL1L2DdМасса кг, не более1800200462023753820302028901530100028002505111040016354150Таблица 5.12. Таблица штуцеровСЭрив 6,3-31-02.ОбозначениеДиаметр условного проходаА, Г, Д100Е, Ж50Л150Ф15Ч65Рис. 5.3.Схема сборника смолы: слева – вид в разрезе, справа – вид сверхуРассчитаем емкости хранениясмолы. Суммарный объем емкостей, снабженных мешалками, должен обеспечить хранение смолы в течение трех суток. Для хранения смолы используют стальные вертикальные емкости, оснащенные рамными мешалками. Рассчитаем объем смолы, производимый в течение трех суток.м3.С учетом коэффициента заполнения К = 0,8, объем емкостей составит:м3.Так как использование емкостей большего объема, чем 25 м3, из-за больших габаритных размеров нецелесообразно, то при общем номинальном объеме в 119 м3емкостейобъема 25 м3необходимо:шт. Подберем соответствующие емкости и опишем их характеристики. Выберем аппарат стальной эмалированный Сэрнв 25-3-Х2-04 (36 1546 9072).Таблица 5.13. Технические характеристики Сэрнв 25-3-Х2-04 [8, c. 77]ПоказательЗначениеОбъем, м325Остаточное давление в корпусе, кПа4Условное давлениев корпусеи в рубашке, МПа0,6Площадь поверхности теплообмена, м235Диаметр вала мешалки в зоне уплотнения, мм130Мощность электромотора мешалки, кВт15D3640L4860H7930Масса, кг, не более170505.3 Расчет теплообменникаДля охлаждения и конденсации выделяющихся при синтезе паров воды, формальдегида и возвращения их в сферу реакции реакторы оснащаются конденсаторами (теплообменниками).Расчет конденсатора заключается в определении площади поверхности теплообмена. Рассчитаем конденсатор для реактора объемом 5 м3 (т.е. для ½ от общей загрузки).Таблица 5.14. Масса компонентов, загружаемых в реактор на одну варку№НаименованиеМасса, кг1Карбамид2255,3792Формалин 37%-й концентрации3689,3303Раствор едкого натра4,1434Раствор хлорида аммония4,1435Вода4,925Итого11905,99Содержание воды:в формалине: 2255,4. 0,63 = 1420,9 кг;в растворе гидроксида натрия и хлорида аммония:4,93 кг;в реакционной смеси 1420,9 + 4,93 = 1425,83 кг.Содержание формальдегида в формалине: 2255,379. 0,37 = 834,5 (кг).Массовая доля формальдегида в реакционной смеси:Массовая доля воды в реакционной смеси:Мольная доля воды и формальдегида в реакционной смеси:где Мв и Мф – соответственно молекулярные массы воды и формальдегида (18 г/моль и 30 г/моль) [14]По таблице [5, c.83] посредством линейной интерполяции находим мольную долю формальдегида в паре при t = 90°С уф = 0,197. Тогда мольная доля воды в паре составит: ув= 1 - 0,197 = 0,803.Плотность парогазовой смеси, кг/м3, рассчитываем по правилу аддитивности:где ρф,ρв - плотность паров формальдегида и воды при 90°С, кг/м3; уф и ув - мольное содержание формальдегида и воды в паре, доли.Плотность паров реакционной смеси рассчитывается по формуле:где МА - молекулярная масса компонента А смеси; Т0 = 273°К; Т - температура реакционной смеси, °К.кг/м3кг/м3кг/м3Парогазовая смесь находится в свободном объеме реактора. При номинальном объеме реактора 5 м3 (коэффициент заполнения К 0,8, объем, не занятый реакционной смесью, м3, составит:м3Масса парогазовой смеси составит:кгТеплоту конденсации парогазовой смеси находим по формуле:гдеrв - удельная теплота парообразования воды, кДж/кг;rф - удельная теплота испарения формальдегида, кДж/кг, ; уф и ув - массовые доли формальдегида и воды в парогазовой смеси, доли.Удельная теплота парообразования воды 2285 кДж/кг.Мольная энтальпия испарения формальдегида составляет 23,3 кДж/моль. Тогда удельная теплота испарения формальдегида, кДж/кг, составит:кДж/кгМассовая доля формальдегида в парогазовой смеси составит:где Мф и Мв - мольные массы формальдегида и воды.Массовая доля паров воды в парогазовой смеси составит:Теперь мы можем рассчитать удельную теплоемкость смеси:Количество тепла, отбираемое в теплообменнике при конденсации парогазовой смеси рассчитывается по формуле:кДж/мольРассчитаем среднюю разность температур в конденсаторе. Примем температуру поступающей в конденсатор воды равной 16°С, температуру воды на выходе из конденсатора равной 35°С, температуру конденсата равной температуре реакционной смеси в реакторе (90°С).Тогда:Тогда , тогда среднюю разность температур можем рассчитать как среднее арифметическое.Расчет площади теплообменника проводим по формуле:м2где К- коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара органических веществ к воде (230 - 460 Вт/м2.К); τ - время конденсации паров, с (принимаем, что пары конденсируются в течение 1 с).По каталогу [15] выбираем вертикальный, четырехходовой теплообменник кожухотрубчатый600 ТНВ-1-6-М8 25Г6-4.Таблица 5.15. Основные характеристики конденсатора 600 ТНВ-1-6-М8 25Г6-4№Наименование параметраЗначение1Диаметр кожуха, мм6002Поверхность теплообмена, м2983МатериалНержавеющая сталь4Масса, кг2450Для приема конденсата во время вакуум-сушки смолы в цехе устанавливают вакуум-сборники конденсата. Объем вакуум-сборника составляет не менее 1/3 от номинального объема реактора.Объем вакуум-сборника равен: м3.Ближайшее стандартное значение объема сборника равно 2,5 м3 – сборник СЭн 2,5 – 31 – 12.Таблица 5.16. Технические характеристики СЭн 2,5 – 31 – 12 [8, c. 17]ПоказательЗначениеОбъем, м32,5Остаточное давление в корпусе, кПа4Условное давлениев корпусеи в рубашке, МПа0,16D1400L2545H1780Масса, кг, не более16106 РАСЧЕТ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВАПроведем расчет насоса, подающего в реактор формалин. Рассчитаем указанный центробежныйнасос по методике, предложенной в [16, c. 3-6].6.1 Расчет производительности насосаПроизводительностью насоса Q является подаваемый в единицу времени полезный объёмный расход, измеряемый в м3/с.В течение десяти минут (табл. 5.1) насос заполняет весовой мерникформалином (6,094 м3), который впоследствии самотеком стекает в реактор.м3/с.6.2 Расчет напора насосаНапор насоса Н есть ни что иное как сообщённая перекачиваемой жидкости полезная механическая работа, отнесённая к силе тяжести подаваемой жидкости и выраженная в метрах.Напор насосной установки складывается из следующих составных частей:1) Нгеодезической высоты подачи - разница высотмежду уровнями жидкости со всасывающей и с напорной стороны.Нг складывается из высот реактора и мерника формальдегида (рис.3.3).м.2) - суммы всех потерь напора (сопротивления в трубопроводах, сопротивления арматуры и т.д. во всасывающем и нагнетательном трубопроводах). На практике равным принимается 0,05Н, тогда:м.(6.3)6.3 Расчет потребляемой мощности насосаПотребляемая мощность Р центробежного насоса есть ни что иное как предаваемая от привода к муфте или валу насоса механическая энергия, она определяется при помощи следующей формулы:, гдеρ – плотность перекачиваемого насосом формалина, 1112 кг/м3,η – КПД насоса, %.КПД центробежного насоса представляет собой отношение полезной мощности к потребляемой. Потери мощности в насосе складываются из механических, объёмных, гидравлических потерь.Механический KПД насосов изменяется в пределах ηМ = 0,9...0,98.Объёмные потери в центробежных насосах обусловлены перетеканием жидкости через переднее уплотнение колеса и уплотнение втулки вала. Значения объёмного КПД ηО у современных центробежных машин лежат в диапазоне от 0,96 до 0,98.Гидравлические потери связаны с гидравлическим трением, ударами и вихреобразованием в проточной части. Значения ηГменяются от 0,85 до 0,96. Электрический КПД связан с потерями при преобразовании электрической энергии в механическую.ηэ у современных центробежных насосов лежат в диапазоне 0,96 – 0,98.Произведение всех составляющих даёт полный КПД:Тогда потребляемая мощность равна:кВт = 180 Вт.На основании рассчитанного значения Р выберем соответствующий тип насоса. Так как объем перекачиваемой жидкости (формалина) достаточно невелик, то для данной операции насоса малой мощности, например насос Кама-17, модернизированный для работы в агрессивных средах.Таблица 6.1.Технические характеристики насоса Кама-17 ПоказательЗначениеНоминальное напряжение, В220Потребляемая мощность, Вт400Максимальный напор, м21Подача воды, м3/ч1,2 – 2,2Температура перекачиваемой среды, оС1 - 40Материал проточной частиАлюминиевый сплавЕще одним вариант может быть реализован за счет подключения системы емкостей с формальдегидом к более мощному насосу, параллельно выполняющим какие-либо другие функции.7 РАСЧЕТ УДЕЛЬНЫХ НОРМ РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПО ЦЕХУРасчет удельного расхода электроэнергии на технологические нужды проводится по номинальной мощности энергоприемников. Составим таблицу с указанием мощностей применяемого оборудования и коэффициентов его загрузки. Коэффициент загрузки - отношение рассчитанной производительности оборудования к его максимальной производительности по технической характеристике. Мощность вспомогательного оборудования принимается за 15-20% от суммарной мощности основного оборудования. Рассчитаем расход энергии за одну варку смолы длительностью шесть часов, и определим расход энергии на производство одной тонны смолы, а также на производство всего объема продукции.Рассчитаем коэффициенты загрузки оборудования.Дробилка ДВГ-2: ,где П, Пуст –фактическая и номинальная производительность установки кг/ч.Пневмотранспортер ВСМ-75: ,Центробежный насос: ,где , Руст - фактическая и номинальная потребляемая мощность, кВт.Таблица 7.1. Расчет расхода электроэнергии.Наименование оборудованияКол-во, шт.Установочная мощность, кВтКоэффициентДлительность работы, чРасход энергии, кВт.ч/сутРеактор (объем 5 м3)27,500,8020,00240,00Дробилка ДВГ-2 19,000,1524,0032,49Пневмотранспортер ВСМ-75 11,500,2524,009,02Емкости хранения смолы (объем 25 м3)515,000,8024,001440,00Емкости хранения аммиачной воды и раствора NaOH22,500,824,0096,00Центробежный насос10,400,450,670,12Итого1817,63,Вспомогательное и неучтенное оборудование(20%)363,53Итого в сутки2181,16Итого на 1 тонну смолы, кВт57,26Всего за год (12000 тонн) , кВт687068,81ЗАКЛЮЧЕНИЕВ представленной работе выполнен проект цеха синтеза карбамидоформальдегидной смолы мощностью 12 тыс. тонн в год при производстве ДСП. Среди выполненных в данной работе задач особенно следует отметитьследующие: подробно рассмотрена и проанализирована технологическая схема синтеза карбамидоформальдегидных смол на основе карбамида и фенола, а также на основе карбамида и карбамидо-формальдегидного концентрата. Рассчитан материальный баланс для производства КФК мощностью 12000 тонн в год для обоих способов.В четвертом разделе данной работы был произведен расчет основного и дополнительного оборудования. Так, основным оборудованием в представленной технологической схеме являются два реактора объемом 5 м3.С помощью расчетов и справочных данных также были определены: емкости, смесители и мерники для сырья и готовой продукции,а также соединенныес реакторами теплообменники. В данной работе также было рассчитано транспортное средство - центробежный насос, перекачивающий формалин из хранилища в мерник при реакторе. Рассчитанная мощность насоса составила 0,18 кВт. В заключительном разделе работы были рассчитаны энергозатраты на производство 12000 тонн смолы, составившие, без учета затрат на нагревание реакторной смеси,687068,81 кВт.8 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫБазовые марки карбамидоформальдегидных смол[Электронный ресурс]. Режим доступа:http://b2blogger.com/articles/review/205.html (дата обращения: 01.10.2012).Кондратьев В.П., Кондращенко В.Н. Синтетические клеи для древесных материалов. М.: Научный мир, 2004. - 520 с.Доронин Ю.Г., Мирошниченко С.Н., Свиткина М.М. Синтетические смолы в деревообработке. 2-е изд.,перераб. и доп. М.: Лесная промышленность, 1987. - 224 с.Коршак В.В. Технология пластических масс. Под ред. В. В. Коршака. Изд. 3-е, перераб. и доп. — М.: Химия, 1985 — 560с.Каменков С.Д., Васильев В. В. Технология древесностружечных плит: учеб.пособие по курсовому и дипломному проектированию. – СПб.: СПбГЛТА, 2006. – 100 с.Федеральный закон Российской Федерации от 23 апреля 2012 г. N 35-ФЗ «О внесении изменений в Трудовой кодекс РФ и статью 122 Гражданского процессуального кодекса РФ». – М.: Российская Газета, 2012.Чертежи аппаратов химической технологии и таблицы к ним [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.gaps.tstu.ru/kir/Katalog/Vertik/Index.htm (дата обращения: 02.10.2012).Эмалированное оборудование: Каталог / НИИ ШАЛЬХИММАШ. - М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1991. - 140 с.Мерники. Основные параметры и характеристики. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.avtomash.sura.ru/prod/zapchasti/mernik1.htm (дата обращения: 02.10.2012).Платформенные большегрузные весы "Титан"[Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.metra.ru/catalogue_titan.html (дата обращения: 03.10.2012).Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1977. 348 с.Технические характеристики пневмооборудования. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://unicom.fromzlatoust.ru/pnevmopr.html (дата обращения: 03.10.2012).Вертикальные стальные сварные аппараты с перемешивающими устройствами: Каталог / ЦНИИ научн. техн. информ. и техн.-эконом.иссл. по химич. и нефт. машиностроению. - М: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1988. - 66 с.Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. - Л.: Химия, 1977. - 376 с.Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения: Каталог/ВНИИНЕФТЕМАШ. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1991. - 108 с.Расчет параметров центробежных насосов. – Берлин: KSB, 2009. – 50 с.ПРИЛОЖЕНИЕ АТехнические характеристикикарбамоформальдегидной смолыКФ-МТ-15№Наименование показателейКФ-МТ-151Массовая доля сухого остатка, %66,0 ± 2,02Массовая доля свободного формальдегида, %, не более0,153Условная вязкость при (20,0±0,5) °С, сек.:- по вискозиметру ВЗ-246 (В3-4) с диаметром сопла 4 мм50 - 804- по вискозиметру ВЗ-246 (В3-4) с диаметром сопла 6 мм-5Концентрация водородных ионов, рН7,5 - 8,56Время желатинизации при 100°С, сек.50-707Смешиваемость смолы с водой при температуре (20±1)°С в соотношении по объему 1:2—8Предельная смешиваемость смолы с водой, при которой наблюдается коагуляция, по объему1:2 - 1:109Предел прочности при скалывании по клеевому слою фанеры после вымачивания образцов в воде в течение 24 часов, МПа, не менее1,6ПРИЛОЖЕНИЕ БТехнические характеристики гидроксида натрияНаименование показателяНорма для марки и сортаТРТДРДВысшийПервый1. Внешний видЧешуированная масса белого цвета.Допускается слабая окраска.Плавленная масса белого цвета.Допускается слабая окраска.Бесцветная или окрашенная жидкость.Допускается выкристаллизованный осадок.2. Массовая доля едкого натра, %, не менее98.594.046.044.0ПРИЛОЖЕНИЕВСодержание формальдегида и карбамида в КФК, вырабатываемых предприятиями химической промышленностиМассовая доля, %Нормируемый показатель для КФК маркиККФ-983ККФ-2КФК-80КФК-85Общего формальдегида38…4246…5054,5…6059,5…60,5Общего карбамида23,5…26,528…3021…2524,5…25,5